基于Proteus智能小车的仿真设计

欧海洋

（西华大学交通与汽车工程学院四川成都 610039）

摘 要：以ATC52单片机为核心设计无线遥控小车控制系统。本系统主要包括单片机最小系统模块、按键模块、无线收发模块、直流电机驱动模块和舵机转向模块。按键输入舵机、直流电机控制指令，单片机处理后产生PWM脉冲控制小车的转向和直流电机驱动脉冲，经L298电流放大后驱动直流电机，数码管实时显示直流电机的运行状况。并通过Proteus仿真小车的启动/停止、加速、减速、反向及转向等功能。

关键词： ATC52单片机；舵机；直流电机；L298；Proteus

中图分类号：TP242.6 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0210055－02

1 系统整体框架和功能概述机的I/O口进行仿真调试。本模块原理图如图3所示：直流电机驱动控制有

启动/停止、加速、减速和反转按键；舵机转向有左转30度、左转60度、本控制系统采用模块化设计，硬件部分主要完成小车无线遥控信号的

直行、右转30度和右转60度的控制按键。按键工作原理如下：先通过给单发送和接收、单片机最小系统、直流电机驱动等设计。软件部分主要完成

片机的I/O口赋初值，然后把单片机I/O口数据读回来，再把预设值与读回无线信号的检测和处理、直流电机控制和舵机控制等功能。小车控制系统

来的I/O口数据进行按位与操作，最后通过比较预设值和按位与操作后的的整体框架如图1所示。

数据，从而确定是那一个功能键被按下。

图1 小车控制系统的整体框架图

无线遥控器共有9个控制按键，分控直流电机的启动/停止、加速、减

速、反转和舵机的转向。当有按键按下时，由无线遥控器发射控制信号，小

车上的无线接收器接收到信号后，传送给单片机，经单片机处理后，发出相

应的控制信号去控制直流电机或舵机工作，从而实现对小车的预期控制。

2 系统硬件设计

图3 按键模块原理图

2.1 单片机最小系统模块

2.3 直流电机驱动模块

单片机最小系统如图2所示：主要包括单片机、晶振电路、复位电

该模块主要由芯片L298控制小车直流电机的启动/停止、加速、减速路。其主要完成对键盘模块的扫描、识别以及内部程序处理产生PWM脉

和反转。L298是SGS-THOMSON公司的产品，属于双H桥高电压大电流驱动冲，通过对PWM占空比的调整，实现对小车驱动电机和转向舵机的预期控

器。其硬件电路如图4所示：4管脚VS可接2.5V到46V的电压，设计中我们接制。P0.0～P0.7为四位数码管的段选控制输出接口，通过上拉电阻与数码

24V电压，其输出电流可达2.5A，可驱动电感性负载。5、7管脚与单片机的管相连，P2.0～P2.3为数码管的位选控制输出接口。P2.4～P2.7和P1.3～

P1.0、P1.2相连，为电机驱动电桥输入接口。6管脚为控制使能端，接收单P1.7为按键接口，分别作为直流电机和舵机的控制信号输入接口。P3.0是

片机P1.2口发送过来的控制信号，控制2、3管脚驱动电机的实时运转。

舵机的控制信号输出接口，控制小车的转向。P3.3为74HC04反相器输出接

口，用于测量直流电机的转速。P1.0～P1.1管脚为单片机控制直流电机驱

动电桥输出接口，P1.2为PWM脉冲控制信号输出接口，控制小车的速度。

图2 单片机最小系统模块原理图

2.2 按键模块

介于Proteus不能对无线遥控电路进行仿真，故用按键直接连接单片

图4 小车直流电机驱动模块原理图

2.4 方向控制模块

本系统采用舵机模块来控制小车的行进方向。舵机共有三条连接线，其电源线、地线与单片机共用VCC和GND，转向信号控制线与单片机的P3.0管脚相连。其工作原理为：单片机发送的控制信号由信号控制线进入

舵机信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周

期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的 3.2 转向按键处理与舵机控制程序

电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决控制程序流程如图6所示。首先进行初始化，然后扫描键盘并判断是定电机的正反转和转动角度。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动什么按键指令。如果是左转30度命令，单片机接收到指令后便发送左转电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。单片机作为舵机的控制单30度所对应的PWM控制脉冲，舵机通过内部电路处理后，做出左转30度的元，主要完成控制算法，再将计算结果转化为PWM脉冲信号输入到舵机。动作。不同的按键对应不同的PWM脉冲信号，舵机做出相应的动作，实现不同的PWM周期脉冲，对应不同的转角，从而实现不同路况下小车转向角小车的转向控制。

度的需要。 4 系统功能仿真调试

3 系统软件设计 4.1 直流电机仿真调试

3.1 驱动按键处理与直流电机控制程序当电机启动后，经加速缓冲达到预设速度120r/min，如图7（a）所

程序控制流程图如图5所示。开始运行时，首先进行系统初始化。初示。继续按下加速键时，转速增加，每按一下增加10r/min，当按2下加速始化的主要任务是完成系统参数设置，程序变量所需的定义和按键功能的键之后，电机正以140r/min的速度运行，如图7（b）所示，说明直流电机定义。初始化完成后便开始检测有无按键按下，当有按键按下时，判断是的正转加、减速控制功能是可以实现的。当电机正以140r/min的速度正向什么按键。如果是启动/停止命令，则小车驱动电机开始转动。此后继续运行时，按下反向键，则直流电机的运行状态如图7（c）所示。从数码管检测有无按键按下，当按键为加速、减速或反转键按下时，单片机通过调的第一位显示的“-”可以看出，电机正以140r/min速度反方向（逆时整PWM脉冲信号或桥接方式，经L298驱动电路的电流放大作用后作用于小针）运转。继续按3下加速键，电机运行状况如图7（d）所示，正以车驱动直流电机，实现小车的加、减速及反转等功能。并由阳极数码管实170r/min的速度运行，说明直流电机的反转加、减速功能是可以实现的。

时显示电机的正反转已及转速大小。

（a）（b）

（c）（d）

图7 直流电机控制功能仿真调试图

4.2 舵机仿真调试

当分别按下左转60度、左转30度、直行、右转30度、右转60度控制按键

后，单片机发出相应PWM脉冲给舵机，舵机经内部电路及级联齿轮处理后作出旋

转对应角度的动作，其仿真结果如图8（e）、（f）、（g）、（h）、（i）所

示。通过分析理论值和舵机下方显示的实际旋转值，得出舵机旋转角度绝对误

差保持在3%以内，说明舵机的转向控制功能是可以实现的。

图5 直流电机控制程序流程图（ ） （f） （g） （h） （i）

图8 舵机转向控制功能仿真调试图

5 结束语

通过对直流电机驱动和舵机转向的仿真调试，验证了设计方案的正确

性和可行性。在实际生活中，通过无线遥控带有摄像头的小车，便可以对

高危环境的信息进行采集，具有广泛的研究价值。

参考文献：

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[2]王志刚，基于Proteus智能小车单片机控制系统仿真设计[J].青海大学

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[4]周灵彬、任开杰，基于Proteus的电路与PCB设计[M].北京：电子工业

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作者简介：

欧海洋（19-），男，四川省广安人，现为西华大学交通与汽车工程学图6 舵机控制程序流程图院2009级车辆工程专业学生。